In den letzen Jahren ist das Interesse an nachwachsenden Werkstoffen im Automobilbau stark gestiegen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) sind eine attraktive Lösung, weil sie interessante mechanische Eigenschaften aufweisen und auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Ein maßgebliches Hemmnis für die großvolumige Anwendung ist die Anforderung im Automobilentwicklungsprozess, dass grundsätzlich jedes Bauteil berechenbar sein muss; das heißt, jedes Bauteil muss den durchgehenden rechnerischen Nachweis der Produktionssicherheit und der Funktionserfüllung mit Hilfe der numerischen Simulation erbringen. Diese Prozedur ist in der Automobilindustrie fest etabliert, um heutigen Entwicklungszeiten gerecht zu werden. Das nun durch ein Konsortium um das Ford Forschungszentrum begonnene Projekt soll diese Lücke für spritzgießbare naturfaserverstärkte Kunststoffe schließen.
Ziel ist es, innerhalb der Projektlaufzeit ein Serienteil aus NFK komplett durchzurechnen und somit den Nachweis der Verwendbarkeit in der Serie zu erbringen. Gleichzeitig sollen für möglichst viele unterschiedliche NF Compounds die grundlegenden Simulationsparameter ermittelt werden, damit die gefundenen Ergebnisse in Zukunft auf möglichst viele NFK angewendet werden können.
Dadurch erlangen die betrachteten NF Kunststoffe den gleichen Status bei der Werkstoffauswahl wie bereits etablierte klassische Kunststoffe. Für die mechanische Berechnung soll dabei die wichtige Simulation des Crash Verhaltens (auch in der Gesamtfahrzeugsimulation) als Schwerpunkt betrachtet werden.
Zur Erreichung dieses Ziels muss der gesamte Prozess betrachtet werden:
Bestimmung der mikro-mechanischen Eigenschaften der Naturfasern vor und nach Verarbeitung;
Herleitung eines angepassten Faserorientierungsmodells;
Modellierung der typischen Nebeneffekte bei der Verarbeitung von NFK (Faserschädigung, Entmischung, u.ä.);
Produktion von NF Compounds und Produktion von Probekörpern;
vollständige Beschreibung der rheologischen und thermischen Eigenschaften der NF Compounds;
Bestimmung der quasistatischen und dynamischen mechanischen Eigenschaften;
Einbindung des Faserorientierungsmodells in eine kommerzielle Fließsimulationssoftware;
Upscaling der Compoundproduktion für ausgewählte Materialien auf ein seriennahes Niveau;
Einbindung der mechanischen Modelle in kommerzielle CAE Software insbesondere zur Verarbeitungs- und Crash Simulation;
Simulation eines Serienbauteiles;
Produktion des Serienbauteiles und umfangreiche mechanische Prüfung, inklusive Crashverhalten.
Dieses Projekt soll den Weg dafür bereiten, dass naturfaserverstärkte Kunststoffe in der Automobilindustrie und in Folge in anderen Industriezweigen entsprechend der dort üblichen Standards berechnet und simuliert werden können, wodurch ihr Anteil gegenüber konventionellen Werkstoffen signifikant steigen wird.
Die Projektpartner neben der Hochschule Bremen sind: Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, Aachen; IAC (International Automotive Components), Ebersberg; LyondellBasell, Frankfurt; Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co. KG, Ennepetal; Simcon Kunststofftechnische Software GmbH, Würselen; M-Base Engineering + Software GmbH, Aachen; University of Wisconsin-Madison, Madison;
Fachhochschule Hannover; Technische Universität Clausthal; Institut für Polymerwerkstoffe u. Kunststofftechnik, Clausthal; Deutsches Kunststoff Institut (DKI), Darmstadt. - Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.
In der Arbeitsgruppe Biologische Werkstoffe an der Hochschule Bremen werden im Rahmen des Projektes die Fasern bezüglich ihrer morphologischen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Darüber hinaus soll das thermische Verhalten der Fasern betrachtet werden. Diese grundlegenden Messreihen dienen als Basis zum Austausch innerhalb der Projekt-Arbeitsgruppe "Modellierung", der Dr.-Ing. Erwin Baur (M-Base GmbH), Prof. Dr.-Ing. Tim Osswald (The University of Wisconsin Madison) sowie Prof. Dr.-Ing. Jörg Müssig (Hochschule Bremen) angehören. In dieser Gruppe werden Modellierungsmodelle erarbeitet, die es erlauben sollen das Fließ- und Orientierungsverhalten der Fasern in Verbundwerkstoffen vorherzusagen.
Ziel ist es, innerhalb der Projektlaufzeit ein Serienteil aus NFK komplett durchzurechnen und somit den Nachweis der Verwendbarkeit in der Serie zu erbringen. Gleichzeitig sollen für möglichst viele unterschiedliche NF Compounds die grundlegenden Simulationsparameter ermittelt werden, damit die gefundenen Ergebnisse in Zukunft auf möglichst viele NFK angewendet werden können.
Dadurch erlangen die betrachteten NF Kunststoffe den gleichen Status bei der Werkstoffauswahl wie bereits etablierte klassische Kunststoffe. Für die mechanische Berechnung soll dabei die wichtige Simulation des Crash Verhaltens (auch in der Gesamtfahrzeugsimulation) als Schwerpunkt betrachtet werden.
Zur Erreichung dieses Ziels muss der gesamte Prozess betrachtet werden:
Bestimmung der mikro-mechanischen Eigenschaften der Naturfasern vor und nach Verarbeitung;
Herleitung eines angepassten Faserorientierungsmodells;
Modellierung der typischen Nebeneffekte bei der Verarbeitung von NFK (Faserschädigung, Entmischung, u.ä.);
Produktion von NF Compounds und Produktion von Probekörpern;
vollständige Beschreibung der rheologischen und thermischen Eigenschaften der NF Compounds;
Bestimmung der quasistatischen und dynamischen mechanischen Eigenschaften;
Einbindung des Faserorientierungsmodells in eine kommerzielle Fließsimulationssoftware;
Upscaling der Compoundproduktion für ausgewählte Materialien auf ein seriennahes Niveau;
Einbindung der mechanischen Modelle in kommerzielle CAE Software insbesondere zur Verarbeitungs- und Crash Simulation;
Simulation eines Serienbauteiles;
Produktion des Serienbauteiles und umfangreiche mechanische Prüfung, inklusive Crashverhalten.
Dieses Projekt soll den Weg dafür bereiten, dass naturfaserverstärkte Kunststoffe in der Automobilindustrie und in Folge in anderen Industriezweigen entsprechend der dort üblichen Standards berechnet und simuliert werden können, wodurch ihr Anteil gegenüber konventionellen Werkstoffen signifikant steigen wird.
Die Projektpartner neben der Hochschule Bremen sind: Ford Forschungszentrum Aachen GmbH, Aachen; IAC (International Automotive Components), Ebersberg; LyondellBasell, Frankfurt; Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co. KG, Ennepetal; Simcon Kunststofftechnische Software GmbH, Würselen; M-Base Engineering + Software GmbH, Aachen; University of Wisconsin-Madison, Madison;
Fachhochschule Hannover; Technische Universität Clausthal; Institut für Polymerwerkstoffe u. Kunststofftechnik, Clausthal; Deutsches Kunststoff Institut (DKI), Darmstadt. - Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.
In der Arbeitsgruppe Biologische Werkstoffe an der Hochschule Bremen werden im Rahmen des Projektes die Fasern bezüglich ihrer morphologischen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Darüber hinaus soll das thermische Verhalten der Fasern betrachtet werden. Diese grundlegenden Messreihen dienen als Basis zum Austausch innerhalb der Projekt-Arbeitsgruppe "Modellierung", der Dr.-Ing. Erwin Baur (M-Base GmbH), Prof. Dr.-Ing. Tim Osswald (The University of Wisconsin Madison) sowie Prof. Dr.-Ing. Jörg Müssig (Hochschule Bremen) angehören. In dieser Gruppe werden Modellierungsmodelle erarbeitet, die es erlauben sollen das Fließ- und Orientierungsverhalten der Fasern in Verbundwerkstoffen vorherzusagen.
